BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP QUÁCH VĂN THIÊM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA POLYPROPYLENE LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP QUÁCH VĂN THIÊM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA POLYPROPYLENE Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản Mã số:62 54 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn Khoa học: 1. PGS.TS. TRẦN VĂN CHỨ 2. PGS.TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Hà Nội - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 02 tháng 6 năm 2014 NCS. Quách Văn Thiêm ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Văn Chứ, PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo khoa Sau đại học, các thầy cô giáo khoa Chế biến Lâm sản đã quan tâm và tận tình chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình h ọc tập, nghiên cứu tại Trường. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí chế tạo máy, Trung tâm công nghệ cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi về vật chất, tinh thần trong quá trình học tập và làm việc. Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản, giấy và bột giấy thuộc Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh; Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, Khoa Công nghệ vật liệu thuộc Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh; Viện công nghệ hóa học TP. Hồ Chí Minh; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp; Công ty TNHH Chính Phát Thanh đã tạo mọi điều kiện thuận l ợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu./ Hà Nội, ngày 02tháng 6 năm 2014 Nghiên cứu sinh Quách Văn Thiêm iii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vii Danh mục các bảng viii Danh mục các hình x MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 4 1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa 4 1.1.2. Thành ph ần trong vật liệu composite gỗ-nhựa 5 1.1.2.1. Vật liệu nền 5 1.1.2.2. Vật liệu cốt 7 1.1.2.3. Chất trợ tương hợp 11 1.1.2.4. Phụ gia 12 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa 12 1.1.3.1. Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC 12 1.1.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp /bột gỗ 13 1.1.3.3. Ả nh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC 14 1.2. Các công trình nghiên cứu 15 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước 15 1.2.2. Nghiên cứu trong nước 18 1.2.3. Nhận xét chung 22 Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1. Thành phần trong vật liệu composite gỗ nhựa 24 iv 2.1.1. Nhựa nền polypropylene 24 2.1.2. Cốt bột gỗ Cao su 25 2.1.3. Chất trợ tương hợp MAPP 27 2.1.4. Chất bôi trơn 28 2.2. Nguyên lý hình thành và cơ chế liên kết 28 2.2.1. Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa 28 2.2.2. Cơ chế liên kết giữa bột gỗ, nhựa PP và MAPP 29 2.3. Thiết bị và cơ sở lựa chọn thông số công nghệ 30 2.3.1. Thiết bị ép 30 2.3.2. Cơ sở lựa chọn thông số công nghệ 33 Chương 3ĐỐI TƯỢ NG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 3.1. Đối tượng nghiên cứu 37 3.2. Phạm vi nghiên cứu 37 3.3. Mục tiêu nghiên cứu 38 3.4. Nội dung nghiên cứu 38 3.5. Phương pháp nghiên cứu 39 3.5.1. Cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 39 3.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 40 3.5.3. Phương pháp thực nghiệm 40 3.5.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC 40 3.5.3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tớ i tính chất của WPC 42 3.5.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép tới tính chất của WPC 43 3.5.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun tới tính chất của WPC 43 3.5.3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của WPC 46 3.3.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 49 3.3.5. Thiết bị và phương pháp xác định các thông số nghiên cứu 50 3.6. Ý nghĩa của luận án 54 3.7. Những đ óng góp mới của luận án 55 v Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 56 4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa 56 4.1.1. Thực nghiệm tạo vật liệu WPC 56 4.1.1.1. Nguyên liệu 56 4.1.1.2. Mô tả quá trình thí nghiệm 56 4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thể tích 61 4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước 63 4.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền kéo 64 4.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền uốn 65 4.1.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va đập 66 4.1.7. Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý và kiểm tra b ề mặt phá hủy 68 4.1.8. Kết luận ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC 71 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng đơn yếu tố của chế độ ép tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa 72 4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép 72 4.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 1 (T 1 ) 72 4.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 2 (T 2 ) 76 4.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 3 (T 3 ) 79 4.2.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 4 (T 4 ) 82 4.2.1.5. Nhận xét về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của WPC 85 4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ép 86 4.2.2.1. Thực nghiệm 86 4.2.2.2. Kết quả nghiên cứu 87 4.2.3. Ảnh hưởng của áp suất ép 90 4.2.3.1. Ảnh hưởng của áp suất phun tới khối lượng thể tích 93 4.2.3.2. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ hút nước 94 4.2.3.3. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền kéo 95 4.2.3.4. Ả nh hưởng của áp suất phun tới độ bền uốn 97 vi 4.2.3.5. Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền va đập 99 4.2.4. Kết luận ảnh hưởng đơn yếu tố công nghệ tới tính chất của WPC 101 4.3. Ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa102 4.3.1. Thí nghiệm tạo vật liệu 102 4.3.2. Kết quả nghiên cứu 103 4.3.2.1. Ảnh hưởng của chế độ ép tới khố i lượng thể tích 103 4.3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ hút nước 105 4.3.2.3. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền kéo 105 4.3.2.4. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền uốn 107 4.3.2.5. Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền va đập 109 4.3.3. Nhận xét ảnh hưởng của chế độ ép tới tính chất của WPC 111 4.4. Sản xuất th ử và đánh giá chất lượng 112 4.4.1. Kiểm tra kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm 113 4.4.1.1. Tạo mẫu thí nghiệm 113 4.4.1.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm 114 4.4.2. Sản xuất thử một số sản phẩm 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 1. Kết luận 116 2. Kiến nghị 117 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu và chữ viết tắt Ý nghĩa Đơn vị WPC Composite gỗ - nhựa b Chiều rộng mẫu mm h Chiều dày mẫu mm Mesh Số dây kim loại đan lưới trên 1inch inch γ Khối lượng thể tích g/cm 3 σ u Độ bền uốn MPa σ k Độ bền kéo MPa a Độ bền va đập KJ/m 2 W Độ hút nước % P max Lực phá hủy mẫu N A Năng lượng phá hủy mẫu mJ PC Polyme composite PP Polypropylene PE Polyetylene PVC Polyvinyclorua MAPP Maleic anhydride polypropylene T 1 Nhiệt độ vùng 1 o C T 2 Nhiệt độ vùng 2 o C T 3 Nhiệt độ vùng 3 o C T 4 Nhiệt độ vùng 4 o C Tg Thời gian s P 1 Áp suất phun vùng 1 MPa P 2 Áp suất phun vùng 2 MPa P 3 Áp suất phun vùng 3 MPa P 4 Áp suất phun vùng 4 MPa viii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Tính chất cơ lý cơ bản của gỗ Cao su 27 2.2 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ Cao su 27 3.1 Miền thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất WPC 40 3.2 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất WPC 41 3.3 Ma trận thí nghiệm đơn yếu tố ảnh hưởng của các vùng nhiệt độ tới tính chất WPC 42 3.4 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng đơn yếu tố của thời gian tới tính chất WPC 42 3.5 Miền thực nghiệm ảnh hưởng của các vùng áp suất phun tới tính chất WPC 43 3.6 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của các vùng áp suất phun tới tính chất WPC 45 3.7 Miền thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất WPC 46 3.8 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất WPC 48 4.1 Kế hoạch pha trộn các thành phần tạo vật liệu 58 4.2 Nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy của hạt gỗ nhựa 60 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC 61 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ vùng 1 tới tính chất của vật liệu WPC 71 [...]... trên, luận án Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene sẽ góp phần thúc đẩy nghiên cứu tạo vật liệu mới từ việc tận dụng phế liệu trong các nhà máy chế biến gỗ kết hợp với các loại nhựa nhiệt dẻo để tạo ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước./ 4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 1.1.1... có công trình nào nghiên cứu đầy đủ về sử dụngphế liệu gỗ Cao su của Việt Nam để sản xuất vật liệu WPC - Về nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đã có nhiều nghiên cứu như :nghiên cứu thay đổi tỷ lệ thành phần (nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp, phụ gia biến tính bột gỗ, ), nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ như nhiệt độ tạo hạt, nhiệt độ ép, Nhưng các nghiên cứu này chủ yếu là đơn yêu tố và... phức hợp giữa gỗ nhựa, … Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như: Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có 2 nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích... khác biệt lớn - Năm 2012,đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của PGS.TS Vũ Huy Đại đã nghiên cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải [7] Vật liệu được chế tạo từ nhựa PP, PE, PVC tái chế với phế liệu gỗ Keo tai tượng Kết quả đã đạt được như:đã xây dựng được các bước công nghệ chủ yếu để xử lý tái chế các loại nhựa này và các bước công nghệ tạo bột gỗ Keo tai tượng từ mun cưa,... dụng của vật liệu composite gỗ- nhựa Vật liệu composite gỗ - nhựa là loại vật liệu composite được tổ hợp chủ yếu từ các loại nhựa nhiệt dẻo PE, PP, PVC , có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác Ngoài ra, có thể có thêm một số chất phụ gia trợ liên kết khác Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có độ ổn định kích thước cao và có thể chế tạo ra... tính chất của vật liệu khi gia công phải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý [10,24,55] 1.2 Các công trình nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước Vật liệu composite gỗ nhựa trong những năm gần đây được nhiều nước quan tâm nghiên và có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng sợi tự nhiên có chứa thành phần cellulose như sợi lanh, đay, gai, tre, dứa, gỗ, … để tạo ra vật liệu mới phục... hợp với sản xuất vật liệu phức hợp gỗ nhựa như nhiệt độ, màu sắc, giá thành, độ bền, Do là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nên việc nghiên cứu tạo composite gỗ nhựa PP là phù hợp với xu thế hiện nay Vì vậy việc nghiên cứu tận dụng phế liệu gỗ và nhựa để sản xuất vật liệu mới là xu hướng mới được nhiều nước quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng cao giá trị lợi dụng gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, từ đó góp phần... tính bột gỗ Giáng hương và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗ biến tính 1.2.3 Nhận xét chung Từ những trình bày ở trên có thể rút ra một số kết luận sau: - Vật liệu composite gỗ nhựa là loại vật liệu mới nằm trong chương trình KH&CN cấp Nhà nước tài đã có rất nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này Tuy nhiên các nghiên cứu này mới sử dụng được một số loại sợi... sợi thực vật áp dụng vào trong sản xuất và còn rất nhiều loại sợi thực vật phế liệu cần được nghiên cứu để chế tạo ra loại vật liệu WPC để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đáp ứng nhu cầu xã hội - Dựa vào các tài liệu thu thập được và phân tích các công trình nghiên cứu về sử dụng gỗ Cao su của nhiều tác giả đã công bố Hiện nay trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ tạo vật liệu WPC,... polymer tăng 1.1.2.2 Vật liệu cốt Vật liệu cốt sử dụng để sản xuất WPC thường sử dụng là bột gỗ và sợi thực vật Bột gỗ là vật liệu được nghiền mịn từ gỗ hay phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, phoi bào, phế liệu gỗ khác của các loại gỗ thông, bạch đàn, thích, cao su,…thậm chí từ các phế phẩm nông nghiệp khác như vỏ trấu,… Kích thước bột gỗ sử dụng cho công nghệ chế tạo composite gỗ nhựa thường 8 có . ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ- nhựa Vật liệu composite gỗ - nhựa là loại vật liệu composite. ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 4 1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ- nhựa 4 1.1.2. Thành ph ần trong vật liệu composite gỗ- nhựa. yếu tố công nghệ tới tính chất của WPC 101 4.3. Ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa1 02 4.3.1. Thí nghiệm tạo vật liệu 102 4.3.2. Kết quả nghiên cứu